Všetko, čo potrebujete vedieť o stanovení bodu topenia

Definícia, princíp určovania, vplyvy, tipy a rady na meranie, predpisy a ďalšie informácie

Bod topenia je charakteristická vlastnosť pevných kryštalických látok. Je to teplota, pri ktorej sa pevná fáza mení na kvapalnú. Stanovenie teploty topenia je termická analýza, ktorá sa najčastejšie používa na charakterizáciu pevných kryštalických materiálov. Používa sa vo výskume a vývoji, ako aj pri kontrole kvality v rôznych segmentoch priemyslu na identifikáciu pevných kryštalických látok a kontrolu ich čistoty.

Na tejto stránke získate základné poznatky o technike stanovenia bodu topenia. Okrem toho sú tu uvedené praktické tipy a rady pre každodennú prácu.

Vyberte oblasť záujmu

Čo je bod topenia?
Prečo merať body topenia?
Princíp stanovenia bodu topenia
Kapilárna metóda
Požiadavky liekopisu na stanovenie bodu topenia
Správna príprava vzorky
Nastavenie prístroja
Kalibrácia a nastavenie prístroja na stanovenie bodu topenia
Vplyv rýchlosti zahrievania na meranie bodu topenia
Meranie bodu topenia - tipy a rady
Vplyv nečistôt na bod topenia - depresia bodu topenia
Stanovenie bodu topenia zmesí

1. Čo je bod topenia?

Bod topenia je charakteristická vlastnosť pevnej kryštalickej látky. Je to teplota, pri ktorej sa pevná fáza mení na kvapalnú. K tomuto javu dochádza pri zahrievaní látky. Počas procesu topenia sa všetka energia dodaná látke spotrebuje ako teplo tavenia a teplota zostáva konštantná (pozri diagram nižšie). Počas fázového prechodu existujú dve fyzikálne fázy materiálu vedľa seba.

Kryštalické materiály pozostávajú z jemných častíc, ktoré majú pravidelné trojrozmerné usporiadanie - kryštalickú mriežku. Častice v mriežke držia pohromade mriežkové sily. Keď sa pevný kryštalický materiál zahrieva, častice získajú viac energie a začnú sa silnejšie pohybovať, až napokon sily príťažlivosti medzi nimi už nie sú dostatočne silné na to, aby ich udržali pohromade. Kryštalická štruktúra sa zničí a pevný materiál sa roztaví.
Čím silnejšie sú príťažlivé sily medzi časticami, tým viac energie je potrebné na ich prekonanie. Čím viac energie je potrebnej, tým vyššia je teplota topenia. Teplota topenia kryštalickej tuhej látky je teda ukazovateľom stability jej mriežky.

Pri teplote topenia sa nemení len skupenstvo, ale výrazne sa mení aj pomerne veľa ďalších fyzikálnych vlastností. Medzi ne patria termodynamické hodnoty, merná tepelná kapacita, entalpia a reologické vlastnosti, ako je objem alebo viskozita. V neposlednom rade sa menia aj optické vlastnosti dvojlom odraz a priepustnosť svetla. V porovnaní s ostatnými fyzikálnymi hodnotami sa dá zmena priepustnosti svetla ľahko určiť, a preto sa môže použiť na zisťovanie bodu topenia.

Zobraziť webinár "Úvod do bodu topenia" teraz

Späť na otázky;

2. Prečo merať body topenia?

Body topenia sa často používajú na charakterizáciu organických a anorganických kryštalických zlúčenín a na určenie ich čistoty. Čisté látky sa topia pri ostrej, presne definovanej teplote (veľmi malý teplotný rozsah 0,5 - 1 °C), zatiaľ čo nečisté, znečistené látky zvyčajne vykazujú veľký interval topenia. Teplota, pri ktorej sa taví všetok materiál kontaminovanej látky, je zvyčajne nižšia ako teplota čistej látky. Toto správanie je známe ako depresia teploty topenia a možno ho použiť na získanie kvalitatívnych informácií o čistote látky.

Vo všeobecnosti sa stanovenie teploty topenia používa v laboratóriu pri výskume a vývoji, ako aj pri kontrole kvality v rôznych segmentoch priemyslu na identifikáciu a kontrolu čistoty rôznych látok.

Späť na otázky;

3. Princíp stanovenia bodu topenia

V bode topenia dochádza k zmene svetla prenos svetla. V porovnaní s inými fyzikálnymi hodnotami je zmena svetelnej priepustnosti možno ľahko určiť, a preto sa môže použiť na meranie teploty topenia detekciu bodu topenia. Práškové kryštalické materiály sú v kryštalickej forme nepriehľadné a priehľadné v kvapalnom stave. Tento výrazný rozdiel v optickom vlastností možno merať na určenie teploty topenia zaznamenávaním percentuálneho podielu intenzity svetla, ktoré presvitá cez látku v kapiláre, priepustnosť v závislosti od nameranej teploty v peci.

Existujú rôzne fázy procesu teploty topenia pevnej kryštalickej látky: V bode kolapsu je látka väčšinou pevná a obsahuje len malé množstvo roztaveného materiálu. Pri menisku sa väčšina látky roztavila, ale časť pevného materiálu je stále prítomný. V bode čírosti sa látka úplne roztavila.

Späť na otázky;

4. Kapilárna metóda

Meranie teploty topenia sa zvyčajne vykonáva v tenkých sklenených kapilárach s vnútorným priemerom 1 mm a hrúbkou steny 0,1 - 0,2 mm. Jemne rozomletá vzorka sa umiestni do kapilárnej trubice na úroveň plnenia 2 - 3 mm a vloží sa do vyhrievaného stojana (kvapalinový kúpeľ alebo kovový blok) v tesnej blízkosti vysoko presného teplomera. Teplota v ohrievacom stojane sa zvyšuje pevnou rýchlosťou, ktorú môže naprogramovať používateľ. Proces topenia sa vizuálne kontroluje, aby sa určil bod topenia vzorky. Moderné prístroje, ako napríklad prístroje Melting Point Excellence od spoločnosti METTLER TOLEDO, umožňujú automatické zisťovanie bodu topenia a rozsahu topenia a vizuálnu kontrolu pomocou videokamery. Kapilárna metóda sa vyžaduje v mnohých miestnych liekopisoch ako štandardná technika stanovenia bodu topenia.

Pomocou prístrojov Melting Point Excellence od spoločnosti METTLER TOLEDO možno súčasne merať až 6 kapilár.

Ďalšie informácie o výhodách digitálnych prístrojov na meranie bodu topenia

Späť na otázky;

5. Požiadavky liekopisu na stanovenie bodu topenia

Požiadavky liekopisu na stanovenie teploty topenia zahŕňajú minimálne požiadavky na konštrukciu prístroja na stanovenie teploty topenia a na vykonanie merania.

Požiadavky liekopisu v skratke:

Používajte kapiláry s vonkajším priemerom od 1,3 do 1,8 mm a hrúbkou steny od 0,1 do 0,2 mm.
Použite konštantnú rýchlosť zahrievania 1 °C/min.
Ak nie je uvedené inak, vo väčšine liekopisov sa teplota na konci topenia zaznamenáva v bode C (koniec topenia = číry bod), keď už nie je žiadna pevná látka.
Zaznamenaná teplota predstavuje teplotu ohrievacieho stojana, ktorým môže byť olejový kúpeľ alebo kovový blok, v ktorom je umiestnený termočlánok.

Prístroje METTLER TOLEDO na meranie teploty topenia plne vyhovujú požiadavkám liekopisu.

Podrobné informácie o medzinárodných normách a štandardoch nájdete na stránke

www.mt.com/MPDP-norms

Späť na otázky;

6. Dobrá príprava vzorky

Dobrá príprava vzorky je rozhodujúca na dosiahnutie veľmi presných meraní teploty topenia.

Pri príprave vzorky sa suchá prášková látka rozomelie v malte a naplní do kapilár, ktoré sa potom vložia do pece. Škatuľa s príslušenstvom na stanovenie bodu topenia obsahuje sady 150 kapilár na stanovenie bodu topenia, achátové tĺčik a maltu, pinzetu, špachtľu (b) a 5 nástrojov na plnenie kapilár (a). Okrem toho box s príslušenstvom obsahuje tri štandardy bodu topenia - buď referenčné látky METTLER TOLEDO pre bod topenia (benzofenón, kyselina benzoová, sacharín), alebo referenčné štandardy USP pre bod topenia (kofeín, vanilín, acetanilid).

Postup prípravy vzorky pomocou nástrojov METTLER TOLEDO na stanovenie bodu topenia:

Krok 1: Najprv je potrebné vzorku vysušiť v exsikátore. Potom sa malá časť vzorky jemne rozomelie v mažiari.

Krok 2: Na meranie pomocou prístroja METTLER TOLEDO sa súčasne pripraví niekoľko kapilár. Nástroj na plnenie kapilár dokonale pomáha pri plnení, pretože prázdne kapiláry sú bezpečne uchytené v úchytke podobnej kolíku. Odber malej časti vzorky z malty sa ľahko vykonáva s pomocou nástroja.

Krok 3: Malé množstvo vzorky v hornej časti kapilár sa potom presunie dole kapilárou uvoľnením úchytu a jemným niekoľkonásobným odrazom kapilár o stôl. Týmto úkonom sa vzorka pevne zabalí do spodnej časti kapiláry. Efekt "odrážania" spôsobuje tesné zabalenie látky a zabraňuje vzniku vzduchových vreciek.

Krok 4: Správnu výšku plnenia možno skontrolovať pomocou vyrytého pravítka na nástroji na plnenie kapilár. Vo všeobecnosti by výška naplnenia nemala presiahnuť 3 mm.

Krok 1 prípravy vzorky na analýzu bodu topenia

Krok 2a prípravy vzorky na analýzu bodu topenia

Krok 2b prípravy vzorky na analýzu bodu topenia

Krok 3 prípravy vzorky na analýzu bodu topenia

Krok 4 prípravy vzorky na analýzu bodu topenia

Späť na otázky;

7. Nastavenie prístroja

Okrem správnej prípravy vzorky sú pre presné stanovenie bodu topenia dôležité aj nastavenia prístroja. Správna voľba počiatočnej teploty, koncovej teploty zastavenia a rýchlosti nábehu ohrevu je nevyhnutná, aby sa predišlo nepresnostiam v dôsledku nesprávneho alebo príliš rýchleho nárastu tepla vo vzorke:

a) Počiatočná teplota

Stanovenie teploty topenia sa začína pri vopred definovanej teplote blízkej očakávanej teplote topenia. Až do počiatočnej teploty sa ohrievací stojan rýchlo predhrieva. Pri počiatočnej teplote sa kapiláry zavedú do pece a teplota sa začne zvyšovať definovanou rýchlosťou ohrievania.
Bežný vzorec na výpočet počiatočnej teploty:
Počiatočná teplota = očakávaná MP - (5 min * rýchlosť ohrevu)

b) Rýchlosť rampy ohrevu

Rýchlosť vykurovacej rampy je pevná rýchlosť nárastu teploty medzi počiatočnou a koncovou teplotou pre vykurovaciu rampu.
Výsledky silne závisia od rýchlosti ohrevu - čím vyššia je rýchlosť ohrevu, tým vyššia je pozorovaná teplota bodu topenia.
V liekopisoch sa používa konštantná rýchlosť zahrievania 1 °C/min. Pre najvyššiu presnosť a nerozkladajúce sa vzorky použite 0,2 °C/min. Pri látkach, ktoré sa rozkladajú, by sa mala použiť rýchlosť zahrievania 5 °C/min. Pri prieskumných meraniach sa môže použiť rýchlosť zahrievania 10 °C/min.

c) Teplota zastavenia

Maximálna teplota, ktorá sa má dosiahnuť pri stanovení.
Spoločný vzorec na výpočet teploty zastavenia:
(3 min * rýchlosť ohrevu)

d) Termodynamický / liekopisný režim

Existujú dva režimy hodnotenia teploty topenia: Farmakopejský bod topenia a termodynamický bod topenia. Farmakopejský režim zanedbáva skutočnosť, že teplota pece je počas procesu zahrievania iná (vyššia) ako teplota vzorky, čo znamená, že sa meria teplota pece a nie teplota vzorky. V dôsledku toho farmakopejský bod topenia výrazne závisí od rýchlosti ohrevu. Preto sú merania porovnateľné len vtedy, ak sa použije rovnaká rýchlosť zahrievania.
Termodynamický bod topenia sa na druhej strane získa odčítaním matematického súčinu termodynamického faktora "f" a druhej odmocniny z rýchlosti ohrevu od liekopisného bodu topenia. Termodynamický faktor je empiricky určený faktor špecifický pre daný prístroj. Termodynamický bod topenia je fyzikálne správny bod topenia. Táto hodnota nezávisí od rýchlosti ohrevu ani od iných parametrov. Je to veľmi užitočná hodnota, pretože umožňuje porovnávať body topenia rôznych látok nezávisle od experimentálneho nastavenia.

Bod topenia a bod skvapnutia - automatizovaná analýza

Táto príručka o teplote topenia a teplote skavpnutia vysvetľuje princíp merania automatizovanej analýzy teploty topenia a teploty skvapnutia a poskytuje tipy a rady na lepšie meranie a overenie výkonu.

Navštívte túto stránku a stiahnite si príručku Automatizovaná analýza bodu topenia a skvapnutia

Bod topenia a bod skvapnutia - automatizovaná analýza

Späť na otázky;

8. Kalibrácia a nastavenie prístroja na meranie bodu topenia

Pred uvedením jednotky do prevádzky sa odporúča overiť jej presnosť merania. Na overenie presnosti merania teploty sa prístroj kalibruje pomocou štandardov teploty topenia s presnými certifikovanými bodmi topenia. Nominálne hodnoty vrátane tolerancií sa tak môžu porovnať so skutočne nameranými hodnotami.

Ak kalibrácia zlyhá, čo znamená, že namerané hodnoty teploty nezodpovedajú rozsahu certifikovaných menovitých hodnôt príslušných referenčných látok, je potrebné prístroj nastaviť.

Na zabezpečenie presnosti merania sa odporúča, aby sa pec pravidelne kalibrovala s certifikovanými referenčnými látkami, napríklad raz za mesiac.

Prístroje Melting Point Excellence opúšťajú továreň po nastavení pomocou referenčných látok METTLER TOLEDO. Vykonáva sa trojbodová kalibrácia s benzofenónom, kyselinou benzoovou a kofeínom, po ktorej nasleduje nastavenie. Nastavenie sa potom overí kalibráciou s vanilínom a dusičnanom draselným.

Späť na otázky;

9. Vplyv rýchlosti ohrevu na meranie bodu topenia

Výsledky výrazne závisia od rýchlosti ohrevu - čím vyššia je rýchlosť ohrevu, tým vyššia je pozorovaná teplota bodu topenia. Dôvodom je, že teplota bodu topenia sa z technických dôvodov nemeria priamo v látke, ale mimo kapiláry na ohrievacom bloku. Preto teplota vzorky zaostáva za teplotou v peci. Čím vyššia je rýchlosť ohrevu, tým rýchlejšie stúpa teplota v peci, čím sa zvyšuje rozdiel medzi nameranou teplotou topenia a skutočnou teplotou topenia.

Vzhľadom na závislosť od rýchlosti nárastu tepla sú merania bodov topenia navzájom porovnateľné len vtedy, ak sa vykonávajú s použitím rovnakých rýchlostí.

Teplotné správanie vzorky a pece

Stanovenie teploty topenia sa začína pri vopred definovanej teplote blízkej očakávanej teplote topenia. Červená plná čiara predstavuje teplotu vzorky (pozri obrázok nižšie). Na začiatku procesu tavenia sú teploty vzorky aj pece rovnaké; teploty pece a vzorky sa predtým tepelne vyrovnajú. Teplota vzorky sa zvyšuje úmerne k teplote pece. Musíme mať na pamäti, že teplota vzorky sa zvyšuje s krátkym oneskorením, ktoré je spôsobené časom potrebným na prenos tepla z pece do vzorky. Počas zahrievania je teplota pece vždy vyššia ako teplota vzorky. V určitom okamihu teplo z pece roztaví vzorku vo vnútri kapiláry. Teplota vzorky zostáva konštantná, kým sa celá vzorka neroztopí. Identifikujeme rôzne hodnoty teploty v peci T_A a T_C, ktoré sú definované príslušnými fázami procesu tavenia: bod kolapsu a číry bod. Teplota vzorky vo vnútri kapiláry výrazne stúpa, keď je vzorka úplne roztavená. Zvyšuje sa paralelne s teplotou v peci, pričom vykazuje podobné oneskorenie ako na začiatku.

Farmakopejský MP vs. termodynamický MP

Existujú dva spôsoby hodnotenia teploty topenia: Farmakopejský bod topenia a termodynamický bod topenia. Farmakopejský režim zanedbáva, že teplota pece je počas procesu zahrievania iná (vyššia) ako teplota vzorky, čo znamená, že sa meria teplota pece a nie teplota vzorky. V dôsledku toho farmakopejský bod topenia výrazne závisí od rýchlosti ohrevu. Preto sú merania porovnateľné len vtedy, ak sa použije rovnaká rýchlosť zahrievania.

Termodynamický bod topenia sa na druhej strane získa odčítaním matematického súčinu termodynamického faktora "f" a druhej odmocniny z rýchlosti ohrevu od liekopisného bodu topenia. Termodynamický faktor je empiricky určený faktor špecifický pre daný prístroj. Termodynamický bod topenia je fyzikálne správny bod topenia (pozri obrázok nižšie). Táto hodnota nezávisí od rýchlosti zahrievania ani od iných parametrov. Je to veľmi užitočná hodnota, pretože umožňuje porovnávať body topenia rôznych látok nezávisle od experimentálneho nastavenia.

Teplota topenia podľa liekopisu vs. termodynamická teplota topenia

Späť na otázky;

10. Meranie bodu topenia - tipy a rady

Farebné alebo rozkladajúce sa vzorky (azobenzén, dichróman draselný, jodid kademnatý) alebo vzorky, ktoré vykazujú tendenciu obsahovať vzduchové bubliny v tavenine (močovina), si môžu vyžadovať buď zníženie prahovej hodnoty B, alebo použitie hodnoty C ako hodnotiaceho kritéria, pretože nárast transmisie nebude počas tavenia taký vysoký.
Vzorky, ktoré sa rozkladajú (cukor) alebo sublimujú (kofeín): Kapiláru uzavrite plameňom. Prchavé zložky vytvárajú v uzavretej kapiláre pretlak, ktorý bráni ďalšiemu rozkladu alebo sublimácii.
Hydroskopické vzorky: Kapiláru uzavrite plameňom.
Rýchlosť zahrievania: Zvyčajne 1 °C/min. Pre najvyššiu presnosť a nerozkladajúce sa vzorky použite 0,2 °C/min. Pri látkach, ktoré sa rozkladajú, 5 °C/min; pri prieskumných meraniach 10 °C/min.
Počiatočná teplota: 3 - 5 min pred, resp. 5 - 10 °C pod očakávaným bodom topenia (3 - 5 násobok rýchlosti zahrievania).
Koncová teplota: Úspešné meranie krivky si vyžaduje koncovú teplotu, ktorá je približne 5 °C nad očakávanou udalosťou.
Ak to SOP a prístroj umožňujú, použite termodynamickú teplotu topenia . Termodynamická teplota topenia je fyzikálne správna teplota topenia a nezávisí od parametrov prístroja.
Nesprávna príprava vzorky: Skúmaná vzorka musí byť úplne suchá, homogénna a v práškovej forme. Vlhké vzorky sa musia najprv vysušiť. Hrubokryštalická vzorka a nehomogénne vzorky sa jemne rozomelú v malte. Na zabezpečenie porovnateľných výsledkov je dôležité naplniť všetky kapiláry do rovnakej výšky a dobre zhutniť látku v kapilárach.
Odporúča sa používať kapiláry s bodom topenia, ktoré sú veľmi presne vyrobené a zabezpečujú veľmi presné a opakovateľné výsledky, napr. kapiláry od spoločnosti METTLER TOLEDO. Ak sa používajú iné kapiláry, prístroje by sa mali kalibrovať a v prípade potreby nastaviť pomocou týchto kapilár.

Späť na otázky;

Chcete získať odpovede na svoje individuálne otázky?

11. Vplyv nečistôt na bod topenia - depresia bodu topenia

Depresia teploty topenia je jav zníženia teploty topenia znečisteného, nečistého materiálu v porovnaní s čistým materiálom. Dôvodom je, že kontaminácia oslabuje mriežkové sily v pevnej kryštalickej vzorke. Z toho vyplýva, že na porušenie príťažlivých síl a zničenie kryštalickej štruktúry je potrebná menšia energia.

Teplota topenia je preto užitočným ukazovateľom čistoty, pretože s nárastom nečistôt dochádza k všeobecnému znižovaniu a rozširovaniu rozsahu topenia.

Späť na otázky;

12. Stanovenie bodu topenia zmesí

Ak sa dve látky topia pri rovnakej teplote, stanovenie zmiešaného bodu topenia môže odhaliť, či ide o jednu a tú istú látku. Teplota topenia zmesi dvoch zložiek je zvyčajne nižšia ako teplota topenia jednej z čistých zložiek. Toto správanie je známe ako depresia teploty topenia.

Pri zmiešanom stanovení teploty topenia sa vzorka zmieša s referenčnou látkou v pomere 1 : 1. Vždy, keď sa teplota topenia vzorky zníži zmiešaním s referenčnou látkou, tieto dve látky nemôžu byť identické. Ak teplota topenia zmesi neklesne, vzorka je identická s pridanou referenčnou látkou.

Bežne sa stanovujú tri teploty topenia: vzorky, referenčnej látky a pomeru zmiešavania vzorky a referenčnej látky 1:1. Technika zmiešaného bodu topenia je dôležitým dôvodom, prečo sú všetky vysokokvalitné prístroje na stanovenie bodu topenia vybavené aspoň tromi kapilárami vo svojich vyhrievacích blokoch.